СПОСОБ НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ Российский патент 2003 года по МПК F16L47/02 

Изобретение относится к области сооружения и ремонта трубопроводов, в частности к технологии создания неразъемных муфтоклеевых соединений труб, например стеклопластиковых. Изобретение может найти применение во многих отраслях промышленности, сельского хозяйства, коммунального хозяйства и т.д.

Известны неразъемные муфтоклеевые соединения (муфтовое цилиндрическое и муфтовое конусное) с использованием гладких муфт и полимерного клея (Агапчев В. И. , Пермяков Н. Г. , Каллимулин А.А., Газизов Х.В. Клеевые соединения, применяемые для сооружения и ремонта объектов трубопроводного транспорта, - М. : ВНИИОЭНГ, 1987, с.40-41). При этом клей может наноситься как путем нанесения на поверхности, так и принудительным нагнетанием.

Прочность таких соединений в значительной мере зависит от точности центровки труб, толщины клеевого слоя, равномерности зазора между трубой и муфтой.

Известны муфтоклеевые соединения, включающие, кроме муфт, соединительные детали (Шапиро Г.И., Ехлаков С.В., Абрамов В.В. Пластмассовые трубопроводы. - М.: Химия, 1986, с. 48-50), а также (Агапчев В.И., Смыслов В.И., Белоусов B. C. , Белоусов Г.С., Петин С.В. Применение труб, изготовленных из стеклопластиковых материалов, в народном хозяйстве для транспортировки различных жидкостей // Строительные материалы, оборудование и технологии ХХI века, 1998 г., 3, с.4-5).

Недостатком таких неразъемных муфтоклеевых соединений является их сложность.

Известен способ неразъемного муфтоклеевого соединения, обеспечивающий необходимые диэлектрические характеристики при соединении труб. Сущность способа состоит в установке цилиндрической вставки с ребром по окружности цилиндра, предотвращающей от контакта концы соединяемых труб. Материал цилиндрической вставки - термопласты, например полиолефины типа полиэтилена, полипропилена, полиамида и др. (см. патент ЕP 0240230). Назначение данного способа - обеспечение диэлектрических характеристик при соединении труб.

Известен способ соединения труб с размещенной с натягом внутри них втулкой, при этом зону соединения труб снаружи герметизируют термопластичной муфтой (см. патент GВ 1474929). Однако данное изобретение относится к классу термопластичных материалов, обладающих памятью формы, имеющих недостаточную прочность, особенно при температурах, близких к размягчению термопластов (60-80^oС).

Прототипом изобретения является способ неразъемного соединения полимерных труб по патенту Украины на изобретение 10298, бюл. 4, 1996г., заключающийся в:
- размещении на концах соединяемых труб термоусаживающейся муфты, выполненной из эпоксидной композиции, обладающей эффектом формы (эффект термоусадки), с температурой стеклования в температурном диапазоне 50-80^oС, удобном для практического использования;
- нанесении на соединяемые поверхности в качестве адгезива эластичного эпоксидного клея, время жизнеспособности которого в диапазоне температур термоусадки муфты в 2-3 раза больше времени, необходимого для термоусадки муфты;
- нагреве места контакта соединяемых поверхностей до температуры термоусадки муфты, выдержка при этой температуре в течение определенного времени до полной термоусадки муфты, дальнейшее повышение температуры с выдержкой до полного отверждения эпоксидного клея. После охлаждения места соединения до температуры окружающего воздуха трубопровод готов к эксплуатации.

Недостатком прототипа является то, что применение термоусаживающейся муфты из неармированного эпоксидного полимера менее прочного, чем стеклопластиковая труба, приводит к возникновению в муфте мест повышенных концентраций напряжений, что при монтаже или в условиях длительной эксплуатации при наличии изгибных деформаций может привести к потере герметичности и преждевременному разрушению трубопровода.

Изобретение направлено на увеличение эксплуатационной надежности муфтоклеевого соединения труб.

Результат достигается тем, что в способе неразъемного муфтоклеевого соединения труб, включающем размещение на концах соединяемых труб термоусаживающейся муфты, нанесение на соединяемые поверхности клея, нагревание места контакта соединяемых поверхностей до температуры термоусадки муфты, выдержку при данной температуре до полной термоусадки муфты и отверждение клея, внутри труб в месте их соединения устанавливают с натягом центрирующую втулку, жесткость которой в осевом направлении в 2,5-3 раза превышает жесткость в тангенциальном (окружном) направлении.

Результат достигается также тем, что центрирующую втулку изготавливают навивкой псевдоленты, представляющей собой жгут, например, из стекловолокна, обвивающий две краевые нити, при этом угол между жгутом и образующей втулки доставляет 5-10^o.

Результат достигается также тем, что длина втулки составляет 1,1-1,5 длины термоусаживающейся муфты.

Основным отличительным признаком изобретения является установка внутри соединяемых труб центрирующей втулки, выполненной с высокой жесткостью в осевом и низкой жесткостью в тангенциальном (окружном) направлении. Наличие центрирующей втулки выполненной таким образом обеспечивает повышение прочности соединения труб на растяжение и изгиб, снижает концентрации напряжений в месте соединения.

Способ осуществляется следующим образом.

Обезжиривают наружные поверхности концов соединяемых труб, размещают на них термоусаживающуюся муфту, выполненную из эпоксидной композиции, обладающую эффектом памяти формы. Внутри соединяемых труб устанавливают с натягом центрирующую втулку, например стеклопластиковую.

На соединяемые поверхности (концы труб и поверхность муфты) наносят эпоксидный клей, жизнеспособность которого в диапазоне температур термоусадки муфты значительно больше времени, необходимого для термоусадки муфты. Концы труб, муфт состыковывают и фиксируют и затем места контакта соединяемых поверхностей нагревают до температуры термоусадки муфты. Время нагревания должно обеспечить полную усадку муфты, отверждение клея может происходить как без провода (~24часа), так и при повышении температуры.

Используемая центрирующая втулка изготавливается навивкой псевдоленты, представляющей собой жгут, например, из стекловолокна, обвивающий две крайнее нити, при этом угол между жгутом и образующей втулки составляет 5-10^o. Модуль упругости изготовленной таким образом стеклопластиковой втулки составляет в осевом направлении 25000-30000 МПа, в тангенциальном 10000 Мпа. Обеспечение угла намотки меньше 5^o трудноосуществимо технологически. Увеличение угла больше 10^o изменяет необходимое соотношение прочности (2,5-3) втулки в осевом и тангенциальном направлениях.

Длина центрирующей втулки выбрана в пределах 1,1-1,5 длины термоусаживающейся муфты. При длине менее 1,1 краевые эффекты или повышение концентрации напряжений существенно не снижаются. Увеличение длины втулки более 1,5 длины муфты не приводит к выигрышу в прочности, но увеличивает расход материала.

Результаты гидравлических испытаний показали, что в контрольной серии трубных соединений исследуемый стык выдержал максимальное внутреннее давление жидкости (воды) величиной 8 МПа. Потеря герметичности происходила вследствие разрушения клеевого слоя. В случае использования центрирующей втулки муфтоклеевое соединение сохраняло герметичность при многократном (более 10 циклов) нагружении в интервале давлений 4-8 МПа. Давление разрушения клеевого слоя составило 13 МПа.

Таким образом, совместное применение термоусаживающейся муфты из эпоксидного полимера и центрирующей втулки, условия изготовления которой обуславливают соотношение жесткости в тангенциальном (окружном) и осевом направлении, равное 1:2.5-3, позволяет существенно увеличить предельное давление жидкости в трубах. Одновременно с этим достигается повышение прочности соединения при изгибе. В результате расширяются функциональные возможности муфтоклеевого соединения и улучшаются его эксплуатационные характеристики.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и ремонте стеклопластиковых трубопроводов. Размещают на концах соединяемых труб термоусаживающуюся муфту, наносят на соединяемые поверхности клей, нагревают места контакта соединяемых поверхностей до температуры термоусадки муфты, выдерживают соединение при этой температуре до полной термоусадки муфты и отверждении клея. Внутри труб в месте их соединения устанавливают с натягом центрирующую втулку, жесткость которой в осевом направлении в 2,5-3 раза превышает жесткость в тангенциальном направлении. Центрирующую втулку изготавливают навивкой псевдоленты, представляющей собой жгут стекловолокна, обвивающий две краевые нити, при этом угол между жгутом и образующей втулки составляет 5-10^o. Изобретение повышает надежность трубопровода. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ неразъемного муфто-клеевого соединения, заключающийся в размещении на концах соединяемых труб термоусаживающейся муфты, нанесении на соединяемые поверхности клея, нагревании места контакта соединяемых поверхностей до температуры термоусадки муфты, выдержке при этой температуре до полной термоусадки муфты, отверждении клея, отличающийся тем, что внутри труб в месте их соединения устанавливают с натягом центрирующую втулку, жесткость которой в осевом направлении в 2,5-3 раза превышает жесткость в тангенциальном направлении. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что центрирующую втулку изготавливают навивкой псевдоленты, представляющей собой жгут стекловолокна, обвивающий две краевые нити, при этом угол между жгутом и образующей втулки составляет 5-10^o. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длина центрирующей втулки составляет 1,1-1,5 длины термоусаживающейся муфты.